一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及工程塑料技术领域，具体涉及一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用。

背景技术

聚碳酸酯(PC)是性能优异的工程塑料，具有良好的综合性能，机械强度高、耐冲击韧性好、尺寸稳定、耐热较好、电绝缘性好，在家电，数码产品，IT产品等等领域具有广泛的应用。

目前，随着家电或设备高光大尺寸薄壁化趋势，要求树脂材料具有更高的力学强度。玻璃纤维具有拉伸强度高、吸收冲击能量大、弹性系数、耐热性好、价格便宜等性能，常作为增强相来改性树脂材料。其增强机理主要是应力借助基体相与纤维间优良的界面结合力得以很好地分散，使性能优异的玻璃纤维承担了大部分应力，从而改善复合材料的力学性能。

然而，在玻璃纤维增强阻燃热塑性材料中，易产生烛芯效应，虽然材料本身不易燃烧，由于受到玻璃纤维的影响，使局部高温，产生燃点，一旦燃烧后，玻璃纤维的吸管效应就更明显，继而形成大面积燃烧。因此，玻璃纤维保留的长度会对阻燃产生不利的影响，过长的玻璃纤维会降低材料的阻燃性能，导致材料的燃烧测试失效，过短的玻璃纤维又会影响材料的力学性能。且，在湿热环境中玻纤点作为应力集中点，导致力学强度急剧下降，使得阻燃热塑性材料在户外或湿热环境中的应用受限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种聚碳酸酯组合物及其制备方法和应用，以期克服现有复合材料中玻纤保留长度难以通过工艺合理控制的技术问题，以使玻璃纤维增强阻燃热塑性材料在户外或湿热环境中得以有效应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种聚碳酸酯组合物，按重量份数计，包括以下组分：聚碳酸酯58～95份，玻璃填料8～40份，氧化钛0.1～1份；

所述聚碳酸酯组合物的硅含量为4ppm～200ppm；

所述聚碳酸酯组合物中硅含量的检测方法为：GB/T 13748.20-2009 ICP-AES测定元素含量；

所述聚碳酸酯的重均分子量为20000～30000。

本发明的聚碳酸酯组合物中，通过添加特定硅含量的氧化钛以提供适当的表面硬度，在螺杆挤出过程中将部分玻璃填料磨断，通过特定氧化钛含量的调整，从而调节玻璃填料分布，减少玻纤烛芯效应导致的阻燃降低；且，氧化钛分散玻璃填料和特定重均分子量的聚碳酸酯之间的应力集中，减少内应力，在湿热老化的过程中，保持高聚碳酸酯组合物性能稳定性。

作为本发明所述的聚碳酸酯组合物的优选实施方式，所述按重量份数计，包括以下组分：聚碳酸酯79～95份，玻璃填料8～20份，氧化钛1份。

作为本发明所述的聚碳酸酯组合物的优选实施方式，所述聚碳酸酯为双酚A型聚碳酸酯。

作为本发明所述的聚碳酸酯组合物的优选实施方式，所述氧化钛的硅含量为400ppm～2000ppm。

作为本发明所述的聚碳酸酯组合物的优选实施方式，所述玻璃填料为无碱铝硼硅酸盐玻璃、钠钙硅酸盐玻璃、钠硅酸盐玻璃中的至少一种。

作为本发明所述的聚碳酸酯组合物的优选实施方式，所述玻璃填料为玻璃纤维、磨碎玻纤、玻璃微珠中的至少一种。

作为本发明所述的聚碳酸酯组合物的优选实施方式，还包括抗氧剂、稳定剂、阻燃剂、润滑剂、抗滴落剂、脱模剂、助剂填料、增塑剂、抗静电剂、抗菌剂、着色剂中的至少一种。以进一步促进聚碳酸酯组合物在湿热环境保持性能稳定。

具体的，抗氧剂可为抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂2246、抗氧剂245、抗氧剂168、抗氧剂B-CAP、抗氧剂PEP-36、抗氧剂S-680、抗氧剂627等，其添加量为0.08～0.6份。

稳定剂为稳定剂234、稳定剂5050H，稳定剂5411、稳定剂531、稳定剂328中的至少一种，其添加量为0～1份。

阻燃剂可为磷酸酯类阻燃剂、磺酸盐类阻燃剂、溴化聚碳等，其添加量为0.1～30份。

抗滴落剂可为聚四氟乙烯类抗滴落剂，其添加量为0.1～1份。

润滑剂可为聚四氟乙烯类润滑剂、聚乙烯磊润滑剂、硅酮类润滑剂，其添加量为0～1份。

脱模剂可为PPA类脱模剂、蒙旦蜡类脱模剂、硅类脱模剂等，其添加量为0～2份。

助剂填料可为滑石粉、高岭土、黏土、晶须、硅藻土等；填料可以是不进行任何表面处理的，也可以是涂覆处理的，例如烷基表面包覆，环氧表面处理，酰胺表面处理，羟基硅油，烷基硅烷，甲氧基硅烷，磺酸基等处理，其添加量为0.1～50份。

增塑剂为二元酸酯类增塑剂、苯二甲酸酯类增塑剂、环氧类增塑剂中的至少一种，其添加量为0～10份。

抗静电剂可为聚醚类及单甘脂类抗静电剂，其添加量为0.1～30份。

抗菌剂可为银离子类抗菌剂、酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类等，其添加量为0.1～5份。

着色剂可以为炭黑、钛白粉、酞青蓝、蒽醌红等物质，其添加量为0.1～5份。

第二方面，本发明还提供了所述的聚碳酸酯组合物的制备方法，包括以下步骤：

按照所述重量份数将所述组分熔融混合，造粒、冷却、干燥，即得。

作为本发明所述的聚碳酸酯组合物制备方法的优选实施方式，所述熔融的温度为240℃～260℃。

最后，所述的聚碳酸酯组合物湿热稳定性好，将其应用于使用环境多雨淋日晒的户外CPE中。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的聚碳酸酯组合物通过添加特定硅含量的氧化钛，调控玻璃填料分布区间，降低玻璃填料长度对阻燃的负面影响，同时分散应力集中，减少内应力，从而提升材料的阻燃稳定性，且在湿热环境下能保持性能稳定。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中，聚碳酸酯组合物的耐磨性能检测方法为：

(1)阻燃测试

样料注塑成型为(125±5mm)×(13.0±0.5mm)×(1.5±0.15mm)的样条，23±2℃，50±5％RH调节48h。采用UL94的方法评判阻燃等级。

(2)耐水解测试

将样料注塑成型为(125±5mm)×(13.0±0.5mm)×(1.5±0.15mm)的样条，将样条放置入90湿度和95℃的湿热老化箱中500小时，取出按UL94测试燃烧，并破碎后测试熔指变化率。

熔指变化率＝(老化后熔指-初始熔指)/初始熔指×100％。

所述熔指即为熔融指数，熔融指数依据标准ISO 1133：2005，在230℃/2.16kg条件下检测。

评价“优”是指熔指变化率≤20％，阻燃等级不变，评价“良”是指熔指变化率≤30％，阻燃等级不变，评价“差”是指熔指变化率＞30％，阻燃等级下降。

(3)硅含量检测

下述氧化钛和聚碳酸酯组合物中硅含量的检测方法为：GB/T 13748.20-2009ICP-AES测定元素含量。

下述实施例及对比例所用的原材料说明如下，但不限于这些材料：

聚碳酸酯1：重均分子量为20000的芳香族聚碳酸酯，牌号为PC 7020PJ，日本三菱；

聚碳酸酯2：重均分子量为28000的芳香族聚碳酸酯，牌号为FN2200，购自日本出光；

聚碳酸酯3：重均分子量为10000的芳香族聚碳酸酯，牌号为MD1500，购自日本出光；

聚碳酸酯4：重均分子量为40000的芳香族聚碳酸酯，牌号为7030PJ，购自日本三养；

抗氧剂1：抗氧剂168，市售，平行实验使用同一市售产品；

抗氧剂2：抗氧剂627，市售，平行实验使用同一市售产品；

玻璃填料：玻纤ECS13-3.0-T436W，购自巨石集团；

氧化钛1，R103，硅含量为400ppm，购自杜邦；

氧化钛2，R105，硅含量为1000ppm，购自杜邦；

氧化钛3，2233，硅含量为2000ppm，购自康诺思；

氧化钛4，PC-3，硅含量为200ppm，购自日本石原；

氧化钛5，RL601，硅含量为2500ppm，购自四川龙蟒。

实施例1～8和对比例1～6聚碳酸酯组合物的组成组分如表1所示。

实施例1～8和对比例1～6聚碳酸酯组合物的制备方法为：

按照配比将聚碳酸酯和氧化钛在高混机中混合均匀，高混机的转速450转/分钟～500转/分钟，再加入到双螺杆挤出机中，侧喂料口加入玻璃纤维，在240℃～260℃的温度下进行熔融混合，然后造粒、冷却、干燥，得到聚碳酸酯组合物。

表1聚碳酸酯组合物(质量份数)及检测结果

上述实施例1～8的聚碳酸酯组合物阻燃性能好，耐湿热水解性能稳定，适用于户外CPE使用。

与实施例1相比，对比例1的聚碳酸酯组合物中，未加入氧化钛，产品的耐水解差，熔指变化率高于30％；对比例2的聚碳酸酯组合物中，未加入玻璃填料，使产品的耐湿热水解性能不稳定。

与实施例1相比，对比例3和4的聚碳酸酯组合物中，分别采用重均分子量为10000和40000的芳香族聚碳酸酯，使产品的阻燃性能差，耐湿热水解性能不稳定。

与实施例1相比，对比例5和6的聚碳酸酯组合物中，分别采用硅含量为200ppm和硅含量为2500ppm的氧化钛，产品的阻燃性能差，耐湿热水解性能不稳定。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。